InDeckLe

InDeckLe: Innovative Deckenkonstruktionen aus Lehmverbund in industrieller Bauweise

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schänzlin

Projektbearbeitung: 

HBC: Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schänzlin, Prof. Dr.-Ing. Michael Denzer, Prof. Dr.-phil. Jan Grossarth, Vert.-Prof. Monika Schad, Konstantin Nille-Hauf, Jessica Ernst, Valentin Knöpfle

HFT: Prof. Dr.-Ing. Birol Fitik, Prof. Dr.-Ing. Berndt Zeitler, Prof. Dr.-Ing. Dieter Uckelmann, Prof. Dr. rer. nat. Beatriz Unger-Bimczok, Prof. Stumpf, Eric Wente, Christopher Horn, Sergej Kreber, Peter Perivoitos, Steffi Reinhold

Mittelgeber: Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg sowie der europäische Fond für regionale Entwicklung

Förderprogramm: Fördermittelgeber Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK), Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)

Förderkennzeichen: FEIH_PAN_2684995

Projektpartner: Hochschule für Technik Stuttgart

Kooperationspartner: 

• REGUPOL BSW GmbH (Arbeitsbereich Schallschutz)
• Holzmeier Ingenieure (Arbeitsbereich Bemessungsmodelle)
• Energieberatung Blessing (Arbeitsbereich Wärmeschutz)
• Müller Planung (Arbeitsbereich Baubetrieb)
• Konstruktionsgruppe Bauen AG (Arbeitsbereich Bemessungsmodelle)
• Peikko Deutschland GmbH (Arbeitsbereich Stahl-Lehm Verbund)
• Wolf & Müller GmbH & Co. KG (Arbeitsbereich Baulogistik, Baubetrieb)
• Stemshorn kopp (Arbeitsbereich Entwurf)
• Eurodata Councile Institute e.V. (Arbeitsbereich Datenstandards, Kreislaufrückführung)

Laufzeit: 01.10.2023 bis 30.09.2027

Projektbeschreibung:

Bauen beansprucht viele Ressourcen und stellt eine wesentliche Quelle für CO2-Emissionen dar. Das vorgeschlagene Projekt soll Aspekte dieser Fragestellungen aufnehmen und ganzheitliche nachhaltige Lösungen für Deckenkonstruktionen in Verbindung mit dem natürlichen Werkstoff Lehm liefern. Über die Verwendung von natürlichen, regional produzierbaren Rohstoffen (Holz, Lehm) und Kombination dieser miteinander oder mit den Baustoffen Stahl und Beton sollen Substitutionsprodukte für Decken entwickelt werden, die die Nachhaltigkeit von Bauwerken über Materialsubstitution und CO2-Reduktion entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Materiallieferanten bis hin zum späteren Nutzer einschließlich des späteren Rückbaus sicherstellt. Im Projekt sollen in mehreren kooperativen Arbeitspaketen Verbundlösungen mit Lehm entwickelt werden, die die Anforderungen für eine Anwendung im Bauwesen hinsichtlich mechanischer und bauphysikalischer Eigenschaften erfüllen.

Neben den Untersuchungen und Versuchen zur mechanischen Tragfähigkeit des Systems soll der Einsatz von Lehm ganzheitlich betrachtet werden. So soll das Deckensystem im Zentrum für Bauphysik der HFT Stuttgart zudem auf seine akustischen Eigenschaften untersucht werden. Mittels weiterer Schallmessungen sollen Schadensdetektionen an der Verbundfuge untersucht und mögliche Schädigungen somit möglichst frühzeitig erkennbar werden. Außerdem wird auch der baubetriebliche Aspekt solch einer Deckenlösung ganzheitlich durchdacht. So sollen sowohl für die Produktion als auch die anschließende Montage Konzepte erarbeitet und miteinander verglichen werden. Aufgrund der hervorragenden Recycle-Fähigkeit der Baustoffe wird über funkbasierte Sensorik ein Daten-Standard erarbeitet, um die Baustoffeigenschaften im Bauteil selbst zu speichern. Somit ist eine möglichst nachhaltige Weiternutzung der Baustoffe nach Ende des Lebenszyklus gesichert. Dabei soll bereits bei der Bemessung mithilfe einer Ökobilanzierung nicht nur der ökonomischste sondern auch ökologischste Entwurf ermittelt werden. Neben ersten Vorschlägen zu Bemessungsmethoden werden also mittels des Forschungsprojekts auch eine Vielzahl weiterer relevanter Kenngrößen und Eigenschaften erforscht, um den Lehmbau schnellstmöglich auch in horizontalen Bauteilen zu ermöglichen.

Unser Ziel ist die Integration von Lehm als tragendes Element in modernen Verbunddeckenkonstruktionen. Dabei betrachten wir die Konstruktion ganzheitlich und erforschen sowohl alle notwendigen mechanischen und bauphysikalische Kenngrößen, als auch die Interaktion der Deckenkonstruktion mit baubetrieblichen und logistischen Fragestellungen bis hin zu dem Anforderungsprofil im Entwurfs-Stadium. Umrahmt wird das Projekt von einem ökologischen Controlling-Ansatz bei dem sämtliche Entscheidungen neben ihrer kontextualen Optimierungsebene immer auch auf eine möglichst nachhaltige Lösung optimiert werden sollen – unterstützt durch das ITAS-Begleitforschungsvorhaben des KIT.

FORSCHUNGSASPEKTE

Qualifizierung von Grubenlehmen zu Lehmbaustoffen (Prof. Benz, Prof. Schad). 
Ableiten eines Materialmodells zur numerischen Simulation mittels FEM. Definition der Anforderungen eines Qualität-Sicherungsprozess. Experimentelle Ermittlung notwendiger Materialkenngrößen (Festigkeiten, Steifigkeiten, Wärmeausdehnung, Kriechverhalten, Wärmeleitfähigkeit usw.). 

Konstruktion Holz-, Stahl- und Stahlbeton Lehmverbunddecke (Prof. Schänzlin, Prof. Fitik)
Konstruktion einer Verbunddecke mit Lehm-Querlastabtrag sowie anteiligen Lehm-Längslastabtrag. Untersuchung der Verbund-Festigkeiten und Steifigkeiten in Abhängigkeit unterschiedlicher Verbundkonzepte. Experimentelle Untersuchung der Konstruktionen in Kleinversuchsreihen aber auch am Großversuch. Abschließend soll ein Bemessungskonzept für alle drei Verbundkonstruktionen entwickelt und mittels der Großversuche validiert werden. 

Brandschutz (Prof. Stumpf) 
Untersuchung der Brandwiderstandsfähigkeit von Lehmdecken im Großversuch. 

Schallschutz (Prof. Zeitler) 
Untersuchung des akustischen Verhaltens von Lehmdecken, sowohl in der Raumakustik als auch im Schallschutz. Außerdem soll untersucht werden, ob mittels Körperschallüberwachung von Lehmdecken das Versagensverhalten (bspw. Kervenbruch) dieser überwacht werden kann.

Kreislaufrückführung (Prof. Uckelmann) 
Entwicklung eines digitalen Systems zur Speicherung aller relevanten Kenngrößen der Baustoffe in den Bauteilen selbst (bspw. mittels RFID-Chips) um die Hürden zur Rückführung in einen Stoffkreislauf der Lehmbaustoffe nach Ablauf der Lebensdauer möglichst niederschwellig zu gestalten.

Baubetriebliche Produktion (Montage- und Rückbaukonzept) (Prof. Denzer) 
Entwicklung von Produktionsprozessmodellen anhand von zuvor durchgeführten Anforderungsanalysen. Aus Nachhaltigkeitsaspekten werden unter Berücksichtigung des gesamten Stoffkreislaufs vom Grubenlehm zur fertigen
Decke Stoffstrommodelle erarbeitet. Dazu gehört zudem die Erarbeitung eines baulogistischen Montage- und Rückbaukonzeptes. Dabei muss der Konstruktionsentwurf allen Anforderungen eines wirtschaftlichen aber auch nachhaltigen baubetrieblichen Herstellungsablaufs genügen.

Baulogistik (Prof. Denzer)
Entwicklung eines Logistikkonzepts sowohl für den Transport der Deckenkonstruktion von der Produktion zur Baustelle als auch für die InSitu-Produktion. Die Grundlage des Konzepts bildet eine Anforderungsanalyse, in der zuvor die Rahmenbedingungen der baulogistischen Handlungsfelder identifiziert werden.

Entwurfsprinzipien (Prof. Stumpf)
Sicherstellung der praktischen Anwendbarkeit der Konstruktionsentwürfe sowie Ableitung von Entwurfsgrundsätzen.
Übergeordnete Nachhaltigkeit (Prof. Grossarth) Zusammenführung der unterschiedlichen Entwicklungsstränge der einzelnen Arbeitspakte unter Berücksichtigung einer möglichst nachhaltigen Optimierung und Lösungsfindung. Erstellung einer umfänglichen Ökobilanzierung aller Deckenkonstruktionen.

Bühnenbild: Adobe Stock © Ingo Bartussek